專利名稱：濾嘴濾絲和煙油濾芯，以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾咀濾絲，它由乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維組成。本發(fā)明還涉及用以下基本步驟制造這種濾咀濾絲的方法-乙酰值至少為53%的乙酸纖維素丙酮溶液通過(guò)多孔噴絲板擠出紡成乙酸纖維素長(zhǎng)絲，如果需要的話，隨后將乙酸纖維素長(zhǎng)絲切成乙酸纖維素短纖維;以及-將多根乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維并合成濾咀濾絲。
本發(fā)明還涉及一種煙油濾芯，它由橫軸向壓緊並借助乙酸纖維素增塑劑或粘合劑硬化的乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維的濾咀濾絲段組成。
最后，本發(fā)明涉及用以下步驟制造煙油濾芯的方法得到含有乙酸纖維素增塑劑或粘合劑的乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維短纖維組成的濾咀濾芯;隨后橫軸向壓緊;如果需要的話，用包裝帶將這一濾咀濾絲包裝;將這樣壓緊的濾咀濾絲切斷;如果需要的話，包裝成單個(gè)煙油濾芯條;最后將這些濾芯條切成單支煙油濾芯。
香煙過(guò)濾咀分解得相當(dāng)緩慢，所以在有眾多吸煙人口的廣大地區(qū)它是一個(gè)可厭的東西。
對(duì)于大多數(shù)香煙過(guò)濾咀來(lái)說(shuō)，目前使用的纖維狀乙酸纖維素的乙酰值在53～57%之間(例如在USP 2953837中描述的。在這一專利中引用的數(shù)值，即乙?；繛?8～41%，對(duì)應(yīng)于上述乙酰值為53～57%)。
與其他的聚合物特別是合成聚合物相比，這樣的乙酸纖維素的確是可生物降解的，但是，在環(huán)境條件作用下，這樣的纖維狀材料制得的香煙過(guò)濾咀至少在視覺(jué)上消失的時(shí)間間隔，以今天的評(píng)價(jià)看是太長(zhǎng)了。
德國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)4 013 293和4 013 304描述了在環(huán)境條件作用下可相當(dāng)迅速分解的香煙過(guò)濾咀，但這些香煙過(guò)濾咀由紡制的聚羥丁酸(PHB)或PHB與聚羥戊酸(PHV)的共聚物纖維的橫軸向壓緊的纖維束段組成?，F(xiàn)在，這樣的聚合物還未用來(lái)制造濾咀濾絲和煙油濾芯，或者至少不大量使用，這可能是由于-這種聚合物工業(yè)上不能充足供應(yīng);
-對(duì)吸煙味道的影響與醋酐纖維素不同;
-至今還未弄清將這樣的聚合物加工成濾咀濾芯和煙油濾芯的一些技術(shù)問(wèn)題(例如，與這樣的煙油濾芯變硬有關(guān)的問(wèn)題或與在這些聚合物紡成細(xì)絲中使用有疑問(wèn)的溶劑有關(guān)的問(wèn)題)。
從德國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)3 914 022獲知，通過(guò)組合及用于制造油燭、永久光亮油燭、復(fù)合油燈、其他墓地?zé)粜?、殉葬燈和箔的護(hù)套/容器的新的塑料材料易于生物降解。在德國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)3 914 022中稱為塑料材料的是指以纖維素酯(如乙酸纖維素)與添加劑(如聚酯、檸檬酸酯、磷酸酯和有機(jī)鐵化合物)為基礎(chǔ)的材料。但是德國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)3 914 022未指出加速濾咀濾絲和煙油濾芯生物降解的可能性。此外，在德國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)3 914 022中描述的配方不適合生成濾咀濾絲和煙油濾芯，因?yàn)樵谝宜崂w維素中增塑劑的比例太高。
最近，在一些科學(xué)文獻(xiàn)中已描述了在各種環(huán)境條件下乙酸纖維素的微生物分解。例如，Eberhard Teufl和Rolf Willmund所寫(xiě)的“乙酸纖維素過(guò)濾咀在含水體系中的降解”，為1991年9月16日在荷蘭烏得勒支召開(kāi)的the“JOINT MEETING OF SMOKE AND TECHNOLOGY GROUPS”of the CORESTA的論文，它描述了乙酸纖維素生物降解的機(jī)理。另一篇文章是Charles M.BuChanan、Robert M Gardner、Ronald J.Komarek和David Strickler寫(xiě)的“乙酸纖維素在環(huán)境中的命運(yùn)濾咀濾絲纖維的需氧生物降解”，為1991年10月22日在美國(guó)北卡羅來(lái)納州阿什維爾召開(kāi)的“TOBACCO CHEMIST RESEARCH CONFERENCE”的論文，它描述了乙酸纖維素的需氧降解。
另一篇文章是C.J. Rivard等所寫(xiě)的“天然聚合物厭氧生物轉(zhuǎn)化生成甲烷和二氧化碳中乙酰化作用的影響”，發(fā)表在“應(yīng)用生物化學(xué)和生物技術(shù)”雜志1992年第34/35卷第725～736頁(yè)，它描述了乙酸纖維素的厭氧降解。
從上述三篇文章可清楚看到，隨著乙酰值下降，乙酸纖維素的需氧分解和厭氧分解更快。但是，上述文章未指出加速由乙酸纖維素組成的濾咀濾絲和煙油濾芯的生物降解的可能性的線索;特別是后兩篇文章雖然表明，乙酸纖維素的生物降解可通過(guò)降低其乙酰值來(lái)加速，但是它們沒(méi)有提到對(duì)于乙酸纖維素纖維材料的濾咀濾絲和煙油濾芯來(lái)說(shuō)，如何在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
所以，概觀背景技術(shù)表明，對(duì)于乙酸纖維素纖維材料組成的濾咀濾絲和由這樣的濾咀濾絲制得的煙油濾芯來(lái)說(shuō)，至今還不知道加速其生物降解的解決辦法。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種由乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維組成的濾咀濾絲，它在環(huán)境條件作用下有更高的生物降解性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造這樣的濾咀濾絲的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種由橫軸向壓緊的並用乙酸纖維素增塑劑或粘合劑硬化的乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維的濾咀濾絲段組成煙油濾芯，它在環(huán)境條件作用下有更高的生物降解性。
最后，本發(fā)明的另一目的是提供一種制造這樣的煙油濾芯的方法。
就濾咀濾絲來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題通過(guò)由有以下特點(diǎn)的乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維組成的濾咀濾絲來(lái)解決至少乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維的表面由乙酰值小于53%(優(yōu)選小于49%)的乙酸纖維素組成。
就制造濾咀濾絲的方法來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題通過(guò)有以下基本步驟的制造濾咀濾絲的方法來(lái)解決-乙酰值至少為53%的乙酸纖維素丙酮溶液通過(guò)多孔噴絲板擠出紡成乙酸纖維素長(zhǎng)絲，如果需要的話，隨后將乙酸纖維素長(zhǎng)絲切成乙酸纖維素短纖維;以及-將如此得到的多根乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維并合成濾咀濾芯，該法的特點(diǎn)是，使乙酸纖維素長(zhǎng)絲或乙酸纖維素短纖維進(jìn)行水解處理，以致至少這些長(zhǎng)絲和短纖維的乙酸纖維素，在水解處理后，其表面的乙酰值小于53%，優(yōu)選小于49%。
或者-以下乙酸纖維素用作濾咀濾絲組成乙酸纖維素長(zhǎng)絲和乙酸纖維素短纖維的乙酸纖維素在丙酮中是可溶的，其乙酰值至少53%，以及使乙酸纖維素長(zhǎng)絲或短纖維進(jìn)行水解處理，以至至少這些長(zhǎng)絲和短纖維的乙酸纖維素，在水解處理后，其表面的乙酰值小于53%，優(yōu)選小于49%。
-水解處理最好用氫氧化鈉溶液或氣態(tài)氨進(jìn)行。
另外，優(yōu)選的是，用氣態(tài)氨的水解處理在煙油濾芯條或煙油濾芯上進(jìn)行。
當(dāng)然，本發(fā)明的水解處理可用除氫氧化鈉和氨以外的水解劑進(jìn)行，例如用其他強(qiáng)堿或酸，或者甚至酯分解酶，如酯酶。
所謂在本發(fā)明范圍內(nèi)的濾咀濾絲指的是，許多根乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維的帶(例如德國(guó)專利申請(qǐng)書(shū)4 106 603中術(shù)語(yǔ)“濾咀濾絲”的定義)。本發(fā)明的濾咀濾絲最好是許多根乙酸纖維素長(zhǎng)絲的帶，以致這些長(zhǎng)絲可以卷曲，特別是在卷曲機(jī)中壓縮下卷曲。
所謂長(zhǎng)絲指的是實(shí)際上未切斷的纖維，而術(shù)語(yǔ)“短纖維”指有限長(zhǎng)度的纖維。(關(guān)于這兩個(gè)定義見(jiàn)“Rompps Chemie Lexikon”第11次修訂擴(kuò)充本，1987年Franckh′sche Werlagshandlung，W.Keller & Co.出版，第2卷，第1283頁(yè)及第5卷，第3925頁(yè)，參考1974年12月的DIN 60001T2)。
本發(fā)明的煙油濾芯最好是作為香煙過(guò)濾咀，但它也可以作為雪茄、小雪茄或煙斗的過(guò)濾咀。
術(shù)語(yǔ)乙酰值在本發(fā)明范圍內(nèi)指以重量百分?jǐn)?shù)表示的乙酸纖維素中鍵聯(lián)的乙酸的比例(參見(jiàn)Ullman工業(yè)化學(xué)百科全書(shū)，第5次全修訂本，第A5卷，第444～445頁(yè)-VCH Verlagsgesellschaft mbH，D-6940 Weinhein，F(xiàn)ederal Republic of Germany1986)。
本發(fā)明還有以下優(yōu)點(diǎn)就本發(fā)明的濾咀濾絲和煙油濾芯來(lái)說(shuō)，與已知的乙酸纖維素纖維材料的濾咀濾絲和煙油濾芯相比，它們?cè)诃h(huán)境條件下其腐爛速度加快;然而在今天通常的條件下本發(fā)明的濾咀濾絲和煙油濾芯有可能在沒(méi)有微生物降解危險(xiǎn)的情況下很容易貯存。
對(duì)于本發(fā)明的濾咀濾絲的制造來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)特別有好處人們可用傳統(tǒng)的方法開(kāi)始制造由乙酸纖維素纖維材料組成的濾咀濾絲，但使用新增的水解新措施，人們得到至少在其表面有乙酰值小于53%(優(yōu)選小于49%)的乙酸纖維素的乙酸纖維素長(zhǎng)絲或短纖維的濾咀濾絲，因此本發(fā)明的濾咀濾絲的微生物分解加快。作為說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)指出，為了加速微生物降解，有所希望的小于49%乙酰值的乙酸纖維素不溶于丙酮，因此不能用傳統(tǒng)的紡絲方法(用丙酮作溶劑)紡成長(zhǎng)絲。
通過(guò)保留制造由乙酸纖維素纖維材料組成的濾咀濾絲的傳統(tǒng)方法的原理，實(shí)現(xiàn)制造本發(fā)明的濾咀濾絲的新方法的設(shè)備的投資費(fèi)用可保持在較低水平(使用現(xiàn)有的設(shè)備，只增加實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法需要的水解體系)。
同樣適用于制造本發(fā)明的煙油濾芯在這里也保留制造由乙酸纖維素纖維材料組成的煙油濾芯的傳統(tǒng)方法的原理，而增加的新措施的費(fèi)用不高。
用以下實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明。
對(duì)照例制備含有28%(重)乙酸纖維素和0.5%(重)二氧化鈦固體含量的乙酸纖維素紡絲丙酮溶液。將該紡絲溶液的水含量調(diào)節(jié)到3%(重)。所用的乙酸纖維素的乙酰值為55.4%，聚合度(DP)為220。過(guò)濾該紡絲溶液，並在傳統(tǒng)的濾咀濾絲紡絲設(shè)備上用干紡法紡絲。將得到的乙酸纖維素長(zhǎng)絲并合成帶，在壓縮下用卷曲機(jī)卷曲，並在轉(zhuǎn)鼓干燥器中干燥。在進(jìn)入卷曲機(jī)時(shí)，上述帶的送入速度為550米/分鐘。經(jīng)卷曲的乙酸纖維素長(zhǎng)絲帶在轉(zhuǎn)鼓干燥器中的停留時(shí)間為5分鐘。這樣從卷曲機(jī)中得到的乙酸纖維素長(zhǎng)絲的濾咀濾絲首先用包裝機(jī)松散地堆積，然后壓縮成捆;該捆的殘留水含量為5.5%(重)。
如此得到的濾咀濾絲的規(guī)格為3Y35HK。這一牌號(hào)指長(zhǎng)絲纖度3.3分特總纖度38500分特乙酸纖維素長(zhǎng)絲的橫切面形狀Y對(duì)照例制得的濾咀濾絲的生物降解數(shù)據(jù)列入下表(在實(shí)施例后)。
實(shí)施例1制備如對(duì)照例中的紡絲溶液。象在對(duì)照例中那樣，用這一紡絲溶液。在壓縮下由卷曲機(jī)生產(chǎn)乙酸纖維素長(zhǎng)絲的濾咀濾絲，但不同的是在制造這一濾咀濾絲過(guò)程中，在卷曲機(jī)以后，立即將1摩爾濃度的氫氧化鈉溶液噴到由卷曲的乙酸纖維素長(zhǎng)絲組成的濾咀濾絲上。噴灑的氫氧化鈉溶液的數(shù)量為6升/小時(shí)。在轉(zhuǎn)鼓干燥器干燥以前，濾咀濾絲通過(guò)一干燥傳送機(jī)，在干燥傳送機(jī)溫度為80℃的空氣用水蒸汽飽和。濾咀濾絲在干燥傳送機(jī)中的停留時(shí)間為7分鐘。
隨后，象在對(duì)照例中那樣，濾咀濾絲在轉(zhuǎn)鼓干燥器中干燥到殘留水含量為5.5%(重)、堆積並壓縮成捆。
如此生產(chǎn)的濾咀濾絲的規(guī)格對(duì)應(yīng)于對(duì)照例得到的濾咀濾絲的規(guī)格。
存放3周后，打開(kāi)包裝捆，從這一捆中取樣，並測(cè)定它的-乙酰值和殘留堿含量。
另外，用該樣品測(cè)定濾咀濾絲在丙酮中的溶解度。
結(jié)果如下乙酰值53.2%殘留堿含量0.006%溶解度濾咀濾絲在丙酮中的溶液(3%)含有清晰可見(jiàn)的不溶部分。
如在對(duì)照例中提到的那樣，按實(shí)施例1制得的濾咀濾絲的生物降解數(shù)據(jù)列入表中(在實(shí)施例后)。
實(shí)施例2將1公斤按對(duì)照例制得的濾咀濾絲在實(shí)驗(yàn)室條件下水解如下將濾咀濾絲放入一容器中，並封閉該容器。濾咀濾絲在封閉的容器中依次在以下每種物質(zhì)作用下暴露1小時(shí)-水蒸汽-氨蒸汽-二氧化碳?xì)怏w。
上述各階段之間評(píng)價(jià)該容器。上述三個(gè)階段處理被重復(fù)三次。隨后從容器中取出濾咀濾絲，並測(cè)試乙酰值和溶解度。結(jié)果如下乙酰值45%溶解度濾咀濾絲在丙酮中的溶液(3%)含有清晰可見(jiàn)的不溶部分。
如在對(duì)照例和實(shí)施例1中提到的那樣，實(shí)施例2的濾咀濾絲的生物降解數(shù)據(jù)列入下表。
在受控的微生數(shù)條件下的生物降解性試驗(yàn)為了驗(yàn)證按本發(fā)明的方法得到的在規(guī)定的微生物條件下生物降解加速作用，發(fā)展了一種用于水不溶性樣品的改進(jìn)試驗(yàn)方法，它類似于在DIN 38409 H52中描述的水溶性物質(zhì)的降解試驗(yàn)。
按照這一改進(jìn)的試驗(yàn)步驟，用測(cè)量在降解過(guò)程中微生物的耗氧量來(lái)測(cè)定微生物降解作用。
用壓力表來(lái)測(cè)定耗氧量。微生物代謝生成的二氧化碳用氫氧化鈉與之結(jié)合，因此不影響壓力的測(cè)量。
在每一試驗(yàn)中，將200毫克對(duì)照例、實(shí)施例1和實(shí)施例2的濾咀濾絲放入無(wú)機(jī)培養(yǎng)液中。由土壤溶液得到微生物降解所需的土壤細(xì)菌。每一培養(yǎng)液用2毫升這種土壤濾液接種。
由氧耗量計(jì)算的樣品百分重量損失列入下表。

權(quán)利要求
1.一種由乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維組成的濾咀濾絲，其特征在于至少乙酸纖維素長(zhǎng)絲和乙酸纖維素短纖維的表面由乙酰值小于53%，優(yōu)選小于49%的乙酸纖維素組成。
2.一種用以下基本步驟制造權(quán)利要求1的濾咀濾絲的方法-乙酰值至少為53%的乙酸纖維素丙酮溶液通過(guò)多孔噴絲板擠出紡成乙酸纖維素長(zhǎng)絲，如果需要的話，隨后將乙酸纖維素長(zhǎng)絲切成乙酸纖維素短纖維;以及-將如此得到的多根乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維并合成濾咀濾絲，其特征在于，對(duì)乙酸纖維素長(zhǎng)絲或短纖維進(jìn)行水解處理，以致水解處理后，至少這些長(zhǎng)絲和短纖維的乙酸纖維素的表面的乙酸值小于53%，優(yōu)選小于49%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，用氫氧化鈉溶液或用氣態(tài)氨進(jìn)行水解處理。
4.一種煙油濾芯，它由橫軸向壓緊且借助乙酸纖維素增塑劑或粘合劑硬化的乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維的濾咀濾絲段組成，其特征在于，至少乙酸纖維素長(zhǎng)絲和乙酸纖維素短纖維的表面由乙酰值小于53%，優(yōu)選小于49%的乙酸纖維素組成。
5.一種制造權(quán)利要求4的煙油濾芯的方法，其中由乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維組成的濾咀濾絲混有乙酸纖維素增塑劑或粘合劑，隨后橫軸向壓緊，如果需要的話，用包裝帶包裝，將濾咀濾絲切成單個(gè)煙油濾芯條，最后將這些煙油濾芯條切成單支煙油濾芯，該法的特征在于-在濾咀濾絲中，至少乙酸纖維素長(zhǎng)絲和乙酸纖維素短纖維的乙酸纖維素在其表面的乙酸值小于53%，優(yōu)選小于49%;或-以下乙酸纖維素用作濾咀濾絲組成乙酸纖維素長(zhǎng)絲和乙酸纖維素短纖維的乙酸纖維素在丙酮中是可溶的，其乙酰值至少53%，以及對(duì)乙酸纖維素長(zhǎng)絲或短纖維進(jìn)行水解處理，以使至少這些長(zhǎng)絲或短纖維的乙酸纖維素，在水解處理后，其表面的乙酰值小于53%，優(yōu)選小于49%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，用氫氧化鈉溶液或用氣態(tài)氨進(jìn)行水解處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，用氣態(tài)氨在煙油濾芯條上或在煙油濾芯咀上進(jìn)行水解處理。
全文摘要
一種乙酸纖維素長(zhǎng)絲和/或乙酸纖維素短纖維的濾嘴濾絲和由此制造的煙油濾芯，它們可更好的生物降解。濾嘴濾絲的制造方法包括從乙酰值至少為53％的乙酸纖維素丙酮溶液紡成乙酸纖維素長(zhǎng)絲，如果需要的話，將長(zhǎng)絲切成短纖維；將長(zhǎng)絲和/或短纖維并合成濾嘴濾絲，將長(zhǎng)絲或短纖維水解，以致至少在長(zhǎng)絲和短纖維表面的乙酸纖維的乙酰值小于53％，優(yōu)選小于49％。
文檔編號(hào)D06M101/08GK1100762SQ9410823
公開(kāi)日1995年3月29日 申請(qǐng)日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月9日
發(fā)明者E·泰費(fèi)爾, R·維爾牧德 申請(qǐng)人:羅納-布朗克羅達(dá)股份公司